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AT89C51單片機能直接認識和執行的機器指令有255條，有7種尋址方式，即立即尋址、直接尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、變址尋址、相對尋址和位尋址。
1. 直接尋址：
指令中直接給出參與操作的數據的地址，該地址一般用direct表示。
匯編指令：MOV A,direct
該指令的功能是將片內RAM地址direct單元中的內容（參與操作的數據）傳送到累加器A中，雙字節指令。
2. 立即尋址：
指令中直接給出參與操作的數據，稱立即數，用data表示。在匯編語言中，為標明立即數，為data加前綴”#”。立即數可以是8位和16位二進制數，分別用#data和#data16表示。
匯編語言指令：MOV A,#data
該指令將立即數data傳送到累加器A中，雙字節指令。
3. 寄存器尋址：
參與操作的數據存放在寄存器中，匯編指令中直接以寄存器名來表示參與操作的數據地址，寄存器包括工作寄存器R0～R7、累加器A、AB、數據指針DPTR和位運算寄存器C。
匯編語言指令：MOV A,Rn ;n=0~7
該指令將Rn中的內容傳送到累加器A中，單字節指令。
4. 寄存器間接尋址：
寄存器間接尋址為二次尋址，第一次尋址得到寄存器的內容為(Ri)或(DPTR)，第二次尋址是將第一次尋址得到的寄存器內容作為地址，並在其中存、取參與操作的數據。匯編語言中，寄存器前綴@是寄存器間接尋址的標志，有@Ri、@DPTR等。
匯編語言指令：MOV A,@Ri ;i=0、1
該指令是將Ri中的內容作為地址，再將該地址中的內容傳送到累加器A中，單字節指令。
5. 變址尋址：
間接尋址由兩個寄存器提供。若由A、PC提供，在匯編語言指令中尋址地址表示為@A+PC；若由A和DPTR提供，在匯編語言指令中尋址地址為@A+DPTR。其中，PC或DPTR被稱為基址寄存器，A被稱為變址寄存器，基址與變址相加為16位無符號加法。若變址寄存器A中內容加基址寄存器DPTR(或PC)中內容時，低8位有進位，則該進位直接加到高位，不影響進位標志。因變址尋址指令多用於查表，故常稱為查表指令。
匯編語言指令：MOVC A,@A+DPTR
該指令將DPTR中的內容加上A中的內容作為地址，再將該地址中的內容傳送到累加器A中，單字節指令。
6. 相對尋址：
相對尋址是以相對尋址指令的下一條指令的程序計數器PC的內容為基值，加上指令機器代碼中的“相對地址”，形成新的PC值（要轉移的指令地址）的尋址方式。指令機器代碼中“相對地址”指的是用一個帶符號的8位二進制補碼表示的偏移字節數，其取值范圍為-128～+127，負數表示向后轉移，正數表示向前轉移。
若(PC)表示該指令在ROM中的首地址，該指令字節數為2，執行時分兩步操作：(PC)←(PC) +2，(PC)←(PC)+相對地址。第一步完成后，PC中的值為該指令的下一條指令的首地址；第二步完成后，PC中的內容(PC)為轉移的目標地址。所以，轉移的目標地址范圍是該相對尋址指令的下一條指令首址加上-128～—+127字節的地址。
匯編語言指令：SJMP rel
匯編語言相對尋址指令中的”rel”往往是一個標號地址，表示ROM中某轉移目標地址。匯編軟件對該匯編語言指令進行匯編時，自動算出“相對地址”並填入機器代碼中，應將”rel”理解為“帶有相對意義的轉移目標地址”。
Rel=(PC)+相對尋址指令字節數+相對地址
其中，(PC)為該指令所在ROM中的首地址。
7. 位尋址：
參與操作的數據為“位”，而不是字節，是對片內數據存儲器RAM和SFR中可位尋址單元的位進行操作的尋址方式。
匯編語言指令：ANL C,bit
該指令將bit（位地址）中的內容（0或1）與C中的內容進行與操作，再將結果傳送到PSW中的進位標志C中。
附注. 七種尋址方式及相應的尋址存儲器范圍：
| 尋址方式 |
尋址存儲器范圍 |
| 立即尋址 |
程序存儲器ROM |
| 直接尋址 |
片內RAM低128B，特殊功能寄存器 |
| 寄存器尋址 |
工作寄存器R0～R7，A，C，DPTR，AB |
| 寄存器間接尋址 |
片內RAM低128B，片外RAM |
| 變址尋址 |
程序存儲器ROM （@A+DPTR， @A+PC） |
| 相對尋址 |
程序存儲器ROM（相對尋址指令的下一指令PC值加-128～+127） |
| 位尋址 |
片內RAM的20H～2FH字節地址中所有的位，可位尋址的SFR |